博天堂手机app本人设计的“快速以太网光纤收发

原创 2020-02-10 11:18  阅读

  本人11月1日去西门子面试,那位西门子的技术面试人员给我出了道题目,设计一个快速以太网光纤收发器,设计好他觉得没问题,才允许我去西门子实习。本人把设计的快速以太网光纤收发器的电路原理图和设计技术文档上传:拜请高手们指点一下电路设计中存在的问题和不足之处,万分感激!!!

  快速以太网光纤收发器原理图ourdev_695548TE1TDI.rar(文件大小:122K)

  随着数据业务的高速增长,用户对业务的需求逐渐向对媒体宽带业务转变,各种宽带接入网技术都取得了长足发展。光纤凭借其传输的高宽带和高可靠性,加上各种光纤技术的飞速发展,使得光纤宽带接入网成为接入网技术发展的必然趋势。快速以太网光纤收发器既能便于用户接入网的升级,又可以保护原有的铜缆投资,成为市场的迫切需要。本设计开发一种带宽充足,性能稳定、高可靠性、低价位的多模快速以太网收发器。

   主模块电路板采用四层电路板,电源线与地线布置与中间两层,这样可以大大减少因为电源线和地线的分布所产生的分布电容,从而减少电磁干扰,同时由于电源线与地线的表面积增大,可以大大改善主电路板的供电特性和散热特性。

   兼容性好;光纤收发器光接口完全符合IEEE802.3u的100Base-FX全双工接口标准,可与符合该标准的产品互联,电接口符合IEEE802.3u的100Base-TX标准,可与符合该标准的网络设备互联,因此产品具有良好的兼容性。 电源选用内置式高频通信专用开关电源,提供过电压及过电流保护,电源输出纹波在标准输出为5VDC时纹波小于40mV,小于1%。光电转换OEMC的工作电压多为5V或者3.3V,但是光收发一体模块工作电压绝大多数为5V。

  光纤中信号编码方式一般为4B5B码,双绞线中信号编码一般为MLT-3码。

  MLT-3码利用三种电平变换与否来表示二进制数“1”和“0”,可有效抑制电磁干扰,因此在100Mbps的双绞线中通常采用这种编码方式。博天堂手机app

  在光纤通信中采用4B5B的编码方式。4B5B编码的实现包括两个过程,首先是用5位符号表示4位信息,其中一位是同步信息,其次采用反向不归零码NRZI表示这5位符号。

  光纤转换器通过RJ45接口接受来自局域网交换机或者集线)去除电磁干扰及信号放大处理后由

  AL210光电转换芯片将MLT3电信号转换成4B5B电信号,然后光收发一体化模块HFBR-5105将该信号转换成同种码制的光纤信号,发送到远处另

  光纤转换器利用光收发一体模块HFB-5105将来自光交接箱或其他光纤收发器的光信号4B5B编码数据转换成同种码制的电信号,在AL210光电转换芯片中,将转换后的4B5B码转换成适于在双绞线模块去除电磁干扰处理后,经由RJ45接口发送到双绞线,进一步传到局域网的集线器或交换机。

  光纤有三种最佳使用波长—850nm、1300nm、1500nm。波长越长,则损耗较低,故可允许较长的距离内有较高的数据速率,850nm波长的光纤光源一般为发光二极管,相对便宜,但仅限于100Mbps以下的数据速率和数公里的距离内使用。为获得更高数据速率和更长的距离要用1300nm光源,这种光纤更适用于高速局域网,1500nm的传输能力最强。

  目前,光纤能支持几十公里范围的传输而不用转发器,适用于几个建筑物内的局域网。光纤不受电磁干扰或噪声影响,这种特性允许在长距离内进行高速数据传输。

  光电介质转换芯片是整个收发器的核心,直接决定了光纤收发器的功能、价格、档次及其他元器件的选择。

  单一芯片可实现100Mbps的光纤与双绞线之间双向介质转换;AL210包括一个符合IEEE802.3 100Base-TX的物理层接口PHY和一个100Base-FX的PHY网络接口。AL210将来自双绞线B NRZI码发送到光纤介质上,另一方面,来自光纤输入接口的4B5B NRZI码被转换成MLT-3码信号流传送到双绞线具有弹性缓冲重定时:AL210芯片内部带一个弹性缓冲,用来对收到的信号重定时,滤除抖动。弹性缓冲可通过外部引脚接线决定是否使用此功能。当收发器外接的双绞线m,不必使用重定时功能,在光线km的全双工应用中,必须使用弹性缓冲来去除信号抖动。

  AL210内有四个发光二极管指示灯驱动电路,用来指示光纤和双绞线端口连接和接受数据的情况。

  AL210支持远端错误检测,但仅限于光线部分和连接状态传输,若哪个端口连接失败,芯片会停止数据传输,禁止相应输出端继续工作。

  时延 AL210部队数据纠错,所有错误及信息都被存储转发,这使得它只需要8bit的转换时间。

  AL210利用DATAoff和Redun#信号,支持冗余连接,但仅限于光端口,冗余连接可以在两个光交换机端口或两个AL210芯片之间配置,接受/发送连接错误都会自动启用备份连接。

  AL210主要用在100Mbps快速以太网或光纤分布式数据接口(FDDI)数据流中的介质转换。整个转换过程对于协议透明。因此所有数据包括错误的数据帧、连接错误的信息数据及长帧都会被传输。AL210电口TX端可以工作在MLT3的100BaseT方式,也可以工作在PECL方式,大多数光电介质转换应用中10m双绞线已经可以,若需要大于等于100m,则AL210就要工作在PECL方式,在PECL方式下,AL210可以直接与100BaseT均衡器或100FX/SX光纤收发器相连。

  AL210通过开启或关闭一些功能特性实现冗余连接控制和内置连接/错误信息传输功能。用一个弹性缓冲做重定时,以减小单或双方向的信号抖动,在TX端进行100TX自动协商,在TX端编码。凭借上述可配置的性能,AL210可以非常灵活的实现多种介质转换,由AL210数据手册分别罗列AL210几个典型应用:1、利用850nm发光二级管驱动/接受的介质转换2、10m以内的100Base TX双绞线Base FX光纤信号之间的介质转换。3、100m以内100Base TX双绞线BaseFX光纤信号之间的介质转换。4、多模100Base FX与单模100Base FX之间的介质转换5、冗余连接,特别是在骨干网中,冗余连接适用于上述的每一种应用。

  光纤模态分为多模和单模,光收发一体化模块按所接光纤模态,分为单模光收发一体模块和多模光收发一体模块。单模光纤与多模相比,衰减率低、传输距离远、容量大,但价格贵,常用在长途电信,多模光纤在短距离中性价比由于单模光纤,用于短距离网络。单模光收发一体模块用激光器为光源,多模采用发光二级管,后者便宜很多。

  光收发一体模块性能指标包括:工作波长:有850nm、1300nm、1500nm三种波长,选择时按照光电介质转换芯片要求选择符合光电转换芯片的波长要求;传输速率:保证光收发一体模块传输速率不低于收发器的传输速率;接口类型:常见的光纤连接器有ST、FC/PC、D4、SC、Mutichannel、adaptors等。管脚配置:选用1X9标准管脚配置的光收发一体模块,以与同类产品兼容。

  本设计选用HFBR-5105光收发一体模块,该收发器光学性能完全符合FDDI的PMD标准,完全符合FDDI的LCF-PMD标准,满足新工业标准,博天堂手机app,拥有多模 SC

  或多模ST连接器接口。适用于155Mb/s以下各种速率光纤接入网应用,光收发合一;单5V供电;1310nm工作波长;标准SIC1X9管脚封装配置与HP等同类产品兼容,工作温度范围在-20度-70度。

  光电介质转换芯片及光收发一体模块,是收发器最重要的元器件,需要在设计电路板之前选择,其他如磁模块、RJ45接口、电容、磁珠等可以根据设计过程中实际需要选定。

  光纤收发器属于高频电路,EMI是影响其性能的重要因此,因此在电路设计中应最大限度减小电磁干扰。EMI来源主要是:1、PCB板与外部接口处的电磁干扰,主要是来自双绞线接口加一个磁隔离模块,利用此隔离模块的共模扼流圈有效减小共模信号引起的射频干扰。2、电源系统引起的干扰,电源系统的电磁干扰主要来自整流电路的纹波干扰,电源开关噪声干扰及电源耦合干扰,本设计选用高频通讯专用开光电源。采用合适的滤波电路抑制电源系统的干扰。

  根据AL210芯片资料提供的引脚功能及外围电路要求,三个测试引脚外接低电平,为对信号重定时以减少抖动,将引脚ES_Tpoff和ES_foff接地,11、12、24接空,Data_off接地,引脚RLED和Rbias通过12.8K %1的电阻接地。引脚Pause接地,光纤部分选用PECL方式,因此F_PECL接上拉电阻,引脚Fvout接空,因为收发器支持全/半双工自适应,所以引脚ENFLP接VCC;因为收发器不支持冗余连接,故不需要电源关闭功能,因此将引脚PD接地,因为TP端接双绞线,因此TP_PECL不适用,接地。AL210接线。

  电路开关电源选用高频通讯专用开光电源,电源输出电压DC5V能持续稳定在长时间工作,同时提供过电压、过流保护,电源输出纹波很小,尽管如此电源输出仍然存有一定抖动,为减少开关电源对电路的干扰,在电路板电源接入处,选用铁氧体磁珠和钽电容构成LCπ型滤波网络进行滤波处理。,处采用33uF钽电容外,还并联一个0.1uF的非电解电容,以消去钽电容产生的寄生电感的影响。

  复位电路,接到引脚Reset的电流波形质量好坏直接影响到AL210内部寄存器配置正确与否,因此采用集成逻辑非门电路对VCC进行二次“非”操作,外加一独石电容,滤除高频杂波,对电流进行比较充分的整形。为避免模拟电路和数字电路互相干扰,将模拟地和数字地分开。

  D2——电端口TP接受状态指示灯;当TP接受数据时,引脚为低电平,可驱动10mA的发光二极管

  D3——电端口TP端的连接状态检测指示灯;当检测到TP端处于连接状态时,引脚为低电平,可驱动10mA的发光二极管;

  D4——光纤一端接收状态指示灯。当光纤一端接受数据时,引脚为低电平,可驱动10mA的发光二极管;

  D5——光纤一端连接状态指示灯。当指示灯常亮时,表示光纤一端的连接正常;若指示灯闪烁,表示检测到远端错误,指示灯灭,表示连接失败,可驱动10mA的发光二极管。

  D6——设备连接中断或检测到远端错误的指示灯,当设备处于连接中断或检测到远端错误时,引脚为低电平。

  按照HFBR-5105外围电路要求,参考HFBR-5105的PDF资料文档,光收发一体模块外围电路连接如下。HFBR-5105的SD引脚为接收部分无光告警,SD电平是Signal Detect的缩写,检测到信号时为高电平,无光时为低电平。SD告警电平有三种:PECL电平、LVPECL电平、TTL电平。告警信号为PECL(或LVPECL)电平的光模块,模块4脚输出电阻端接有两种(1)光模块4脚接一个下拉2K的电阻即可(2)需要进行戴维南匹配的,即上拉81欧至VCCR,下拉130欧至GND(LVPECL电平的是上拉130欧至VCCR,下拉82欧至GND)。

  为减少双绞线中的共模EMI干扰,选用接受与发送电路主副线之间。电路接线电口接线图

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